Nel sonno nuovi processi di formazione sinaptica per la memoria

 

 

GIOVANNI ROSSI

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVIII – 11 dicembre 2021.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

I rapporti tra sonno e memoria sono uno dei grandi argomenti della ricerca neuroscientifica, al quale abbiamo sempre dedicato molta attenzione, e le schede introduttive dei nostri primi aggiornamenti possono ancora fornire nozioni ed elementi essenziali per introdursi alle affascinanti tematiche del rapporto fra due dimensioni essenziali della fisiologia cerebrale[1]. Nel tempo, la mole di nozioni e dati acquisiti e accumulati in questo campo è cresciuta diventando veramente considerevole, ma ancora molti interrogativi sui meccanismi mediante i quali, ad esempio, il sonno facilita formazione e consolidamento delle memorie di lunga durata (LTM, da long-term memory) sono rimasti senza risposta.

I cambiamenti nelle connessioni sinaptiche si considerano alla base dell’immagazzinamento della memoria a lungo termine e, in questa ottica, sono indagati i meccanismi molecolari e cellulari implicati. Numerosi studi hanno suggerito che il sonno è importante per la formazione delle sinapsi dopo l’apprendimento, ma come il sonno sia implicato nel processo di formazione sinaptica rimane poco chiaro.

Un nuovo studio, condotto da ricercatori statunitensi e cinesi, per affrontare questo problema ha usato la microscopia bi-fotonica transcranica, indagando gli effetti del sonno successivo all’apprendimento sulla localizzazione dei filopodi dendritici di nuova formazione e delle spine dendritiche del V strato di neuroni piramidali nella corteccia motoria primaria di ratti adolescenti. Il risultato ottenuto da Avital Adler e colleghi è di notevole interesse.

(Adler A. et al., Sleep promotes the formation of dendritic filopodia and spines near learning-inactive existing spines. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 118 (50) e2114856118 Epub ahead of print doi: 10.1073/pnas.2114856118, 2021).

La provenienza degli autori è la seguente: Skirball Institute, Department of Neuroscience and Physiology, Department of Anesthesiology, New York School of Medicine, New York, NY (USA); State Key Laboratory of Brain and Cognitive Sciences, The University of Hong Kong, Pokfulam, Hong Kong Special Administrative Region (Cina).

Recentemente, Diane Richmond ha così introdotto i rapporti tra sonno e memoria:

Trascorriamo dormendo circa un terzo della nostra vita e sappiamo che lo stato che segue la veglia alla fine di ogni giorno interessa tutte le funzioni dell’organismo, dalla regolazione dei livelli di ormoni, del tono muscolare e del ritmo respiratorio fino alla riorganizzazione dei processi cognitivi di memoria, apprendimento e pensiero.

Anche se per secoli si è dibattuto sulla funzione del sonno e ancora molti ricercatori dichiarano che non è noto il ruolo biologico della necessità di dormire – semplicemente perché continuano a cercare una ragione unica – ormai credo che molti condividano la tesi sostenuta da decenni dal nostro presidente: “Chiedersi quale sia la funzione del sonno equivale a chiedersi quale sia la funzione della veglia: è una domanda mal posta, perché è evidente che la vita animale è fisiologicamente organizzata sulla base del ritmo nictemerale del pianeta e che tutti gli equilibri di tutti i sistemi dell’organismo si sono tarati nel corso dell’evoluzione su un regime di elevata attività con la luce del sole e di bassa attività in assenza di luce. La privazione di sonno non è compatibile con la vita e l’insonnia protratta determina scompensi cerebrali, neuroendocrini, neurovegetativi e immunologici di entità rilevante […] i processi di regolazione dell’attività delle reti neuroniche cerebrali implicate nei processi cognitivi che avvengono durante il sonno sono di fondamentale importanza, non solo per il consolidamento delle memorie, ma anche per l’efficienza della funzione psichica di base attuale”[2].

I rapporti fra sonno e memoria costituiscono un campo di intensa attività investigativa da più di vent’anni, tanto interessante e utile da approfondire per la comprensione di molti aspetti della fisiologia cerebrale, che la nostra società scientifica in un breve lasso di tempo ha dedicato due aggiornamenti dal titolo “Sonno e Memoria” e “Memoria e Sonno”, presentati da due saggi introduttivi[3], che è opportuno leggere perché rimangono ancora di assoluta attualità nei contenuti.

Recentemente, il ruolo cruciale del sonno per il consolidamento mnemonico è stato esplorato al fine di comprendere i criteri seguiti dalle reti cerebrali attive mentre dormiamo per selezionare le rappresentazioni sinaptiche da rinforzare e consolidare in sede corticale. Non tutte le prove sperimentali raccolte consentono un orientamento univoco nell’interpretazione dei principi in base ai quali sono decise le priorità; tuttavia, sembra non vi siano dubbi circa l’esistenza di criteri sistematici di scelta per il consolidamento. La forza iniziale di una memoria si ritiene costituisca una condizione limite importante nel determinare quali memorie siano consolidate durante il sonno[4].

Avital Adler e colleghi hanno rilevato che il sonno seguente all’apprendimento promuove la formazione di filopodi dendritici e spine dendritiche raggruppate con le spine esistenti inattive nell’apprendimento. Una frazione di questi filopodi era convertita in nuove spine durante estesi periodi di tempo. I risultati emersi forniscono conoscenze sul ruolo del sonno post-apprendimento nel regolare il numero e la localizzazione di nuove sinapsi attraverso la promozione della formazione dei filopodi dendritici.

Adler e colleghi, impiegando la microscopia bi-fotonica transcranica nei ratti hanno studiato gli effetti del sonno dopo una sessione di apprendimento motorio sulla localizzazione dei filopodi dendritici e delle spine dendritiche, entrambi appena sviluppati, nei neuroni piramidali dello strato 5 della corteccia motoria primaria di roditori in età adolescenziale. Ed hanno così rilevato che tali processi cellulari neoformati erano in parte associati a spine dendritiche già esistenti lungo singoli segmenti dendritici 24 h dopo il training motorio. Aspetto rilevante è che il sonno post-training era critico nel promuovere la formazione di filopodi dendritici e spine dendritiche aggregati a spine esistenti entro 8 h. Una frazione di questi filopodi veniva convertita in nuove spine e contribuiva alla formazione delle spine aggregate 24 ore dopo il training motorio. Tale formazione di spine dipendente dal sonno attraverso lo sviluppo di filopodi era diversa dalla formazione di nuove spine indotta dal re-training, che emergeva dai tronchi dendritici senza essere preceduta da filopodi.

I ricercatori hanno poi osservato che filopodi e spine di nuova formazione tendevano a costituirsi in sedi lontane dalle spine pre-esistenti che erano attive al momento del training motorio.

Presi insieme, tutti questi elementi di osservazione rivelano un ruolo svolto dal sonno immediatamente successivo all’apprendimento consistente nella regolazione del numero e della localizzazione delle nuove sinapsi mediante l’induzione dello sviluppo di filopodi.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Giovanni Rossi

BM&L-11 dicembre 2021

www.brainmindlife.org

 

 

 

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[1] V. nella sezione AGGIORNAMENTI del sito: “Il Sonno e la Memoria” e “La Memoria e il Sonno” (click o tocco su “scheda introduttiva”).

[2] Giuseppe Perrella, Relazione per l’aggiornamento “Sonno e Memoria” del 5 aprile 2007, BM&L-Italia, Firenze 2007.

[3] Pubblicati nella sezione AGGIORNAMENTI del sito.

[4] Note e Notizie 27-03-21 Fusi del sonno e consolidamento di memorie deboli.